proses termal - phariyadi's blog phariyadi's blog...
TRANSCRIPT
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
1
11/10/2015
PROSES TERMAL
Purwiyatno Hariyadiphariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
PROSES TERMAL
Purwiyatno Hariyadiphariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
11/10/2015
membunuh mikroba inaktivasi enzim menyebabkan perubahan warna,
tekstur, flavor menyebabkan perubahan daya cerna
makanan awet
...................> pengawetan makanan
...................> populer
Kenapa???
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
PROSES TERMAL
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
2
11/10/2015
- pemasakan/cooking
- penghangatan kembali/rewarming
- pelelehan/thawing
- blansir/blanching
- pasteurisasi
- sterilisasi
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
PROSES TERMAL : APLIKASI DI INDUSTRI PANGAN
Proses termal yang dilakukan pada suhu tinggi, >100oC, dengan tujuan memusnahkan spora patogen dan pembusuk
”Pengalengan” makanan : ........> Makanan dalam kaleng- trouble free- awet/tahan lama
STERILITAS KOMERSIAL
• Kondisi dimana telah tercapai pemusnahan• semua m.o. patogen dan pembentuk racun• m.o yang dalam kondisi penyimpanan dan penanganan normal
dapat menyebabkan kebusukan
• Produk steril komersial mungkin masih mengandung “viable spores”, tetapi tidak dapat tumbuh pada kondisi penyimpanan dan penanganan normal
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
PROSES TERMAL : STERILISASI
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
3
Harus tahu kombinasi suhu-waktu yang diperlukan untukmemusnahkan “the most heatresistant pathogen and/orspoilage organism in theproduct of interest”.
Harus tahu karakteristik penetrasi panas produk yang dipanaskan
PROSES TERMAL : STERILISASI
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Perlu pengetahuan tantang kinetika - pemusnahan mikroba- kerusakan mutu
Perlu pengetahuan ttg pindah panas- pindah panas tak tunak- sifat termal
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
KINETIKA
1. Pertumbuhan mikroorganisme
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
4
Salmonella spp. 6.5 - 47 4.5 - ? >0.95(a)
Clostridium botulinum
A & B 10 - 50 4.7 - 9 >0.93
nonproteolytic B 5 - ? (b) NR(c)
E 3.3 - 15-30 (b) >0.965
F 4 - ? (b) NR(c)
Staphylococcus aureus 7 - 45 4.2 - 9.3 >0.86
Campylobacter jejuni 25 - 42 5.5 - 8 NR
Yersinia enterocolitica 1 - 44 4.4 - 9 NR
Y. pseudotuberculosis 5 - 43 (b) NR
Listeria monocytogenes 2 - 45 4.8 - 9.6 >0.95(d)
Factors Affecting the Growth of Some Foodborne Pathogens
Organism Growth Growth pH Growth aw
Temp °C
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Vibrio cholerae O1 8 - 42 6 - 9.6 >0.95
Vibrio parahaemolyticus 12.8 - 40 5 - 9.6 > .94
Clostridium perfringens 6 - 52 5.5 - 8 > .93
Bacillus cereus 10 - 49 4.9 - 9.3 > .95
Escherichia coli 2.5 - 45 4.6 - 9.5 > .935
Streptococcus pyogenes > 10 - < 45 4.8 - < 9.2 NR
Factors Affecting the Growth of Some Foodborne Pathogens
Organism Growth Growth pH Growth aw
Temp °C
(a) For a genus as large as Salmonella, the aw lower limit for species growth may vary, e.g., S. newport=0.941, S. typhimurium=0.945.
(b) The value, though unreported, is probably close to other species of the genus. (c) NR denotes that no reported value could be found, but for most vegetative cells,
an aw of >0.95 would be expected. (d) Minimum aw unknown.
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
5
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Makanan berasam tinggiph < 4,6
apel tomatper aprikotplum sauerkrautbuah beri
Makanan berasam rendahpH > 4.6wortel bitbuncis bayamasparagus kacang kaprijagung jamur....daging ikansusu telur
KINETIKA
2. Pemusnahan m.o oleh panas ..........> pada T konstan..........> penurunan jumlah mikroba hidup mengikuti reaksi ordo I
kNdtdN
dimana,N= jumlah mikroba hidupk = konstanta laju reaksi (konstanta laju pemusnahan m.o.)
ktNNln
0
kdtN
dN
dtkN
dNN
N
t
00
Ln N = ln No - kt
t
Ln NKemiringan
= - k
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Microbial death, like microbial growth, is described by a logarithmic equation.
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
6
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
KINETIKA
t2.303
k-NlogNlog
0ktNNln
0
Ingat !
Ln X = 2.303 log X
ktNN2.303 log
0
Oleh para ahli teknologi pangan (termobakteriologi), persamaan tsbdinyatakan sebagai :
Dt
-N0logNlog
D = Decimal Reduction Time= waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo dengan faktor 1 desimal= waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo sebanyak 1 siklus log= waktu yg diperlukan u/ mengurangi jml mo sebanyak 90% populasi
atau D
t
0NN
log
D-value
D-value
10,000
1,000
100
10
Kurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, T1T1
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
KINETIKA
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
7
Comparative Heat Resistance (D Values) for Different Classifications of Foodborne Bacteria
Bacterial groups
Low-acid and semi acid foods (pH above 4.5)Thermophiles
Flat-sour group (B. stearothermophilus)Gaseous-spoilage group (C.
thermosaccharolyticum)Sulfide stinkers (C. nigrificans)
MesophilesPutrefactive anaerobes
C. botulinum (types A dan B)C. sporogenes group (including P.A. 3679)
Approximate heat resistance
D250
4.0 - 5.03.0 - 4.0
2.0 - 3.0
0.10 - 0.200.10 - 1.5
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Bacterial groups
Acid foods (pH 4.0-4.5)Thermophiles
B. coagulants (facultative mesophilic)Mesophiles
B. polimyxa and B. maceransButyric anaerobes (C. pasteurianum)
High-acid foodsMesophilic non-spore-bearing bacteria
Lactobacillus spp, Leuconostoc spp., and yeast and mold
Approximate heat resistance
0.01 - 0.07D212
0.10 - 0.500.10 - 0.50
D150
0.50 - 1.00
Source: Stumbo (1965)
Comparative Heat Resistance (D Values) for Different Classifications of Foodborne Bacteria
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
8
Comparison of D250 Values for Specific Organisms in Selected Food Substrates
TDTOrganism Substrate Procedure D250
P.A. 3679 Cream-style corn Can 2.47P.A. 3679 Whole-kernel corn (1) Can 1.52P.A. 3679 Whole-kernel corn (2) Can 1.82P.A. 3679 Phophate buffer Tube 1.31F.S. 5010 Cream-style corn Can 1.14F.S. 5010 Whole-kernel corn Can 1.35F.S. 1518 Phosphate buffer Tube 3.01F.S. 617 Whole milk Can 0.84F.S. 617 Evaporated milk Tube 1.05
Source: Stumbo (1965)
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
KINETIKA ............> Contoh 1
Anggap suatu makanan dalam kaleng.Jika jumlah mo awal sebesar 106 mikroba pembusuk A/kaleng. Nilai D pada suhu 121.1oC = 15 detik. Berapa jumlah mo setelah pemanasan selama 1 menit pada 121.1 oCBerapa jumlah mo setelah pemanasan selama 2 menit pada 121.1 oC
Dt
-N0logNlog Jawab :Ingat ...........>
10010N 2
246Nlog ikdet15
detik60-10logNlog 6
Untuk t = 1 menit :
0.0110N -2
- 286Nlog ikdet15
detik120-10logNlog 6
Untuk t = 2 menit :
Peluang kebusukan!!
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
9
Suatu suspensi pangan mempunyai kandungan spora pembusuk A dan B. Spora A sebanyak 3 x 105 dan spora B sebanyak 8 x 106. Pada suhu 121.1oC, nilai D untuk spora A dan spora B adalah 1.5 dan 0.8 menit. Jika suspensi tsb dipanaskan pada suhu konstan 121.1oC, berapa lama untuk memperoleh peluang kebusukan sebesar 10-3.
KINETIKA ............> Contoh 2
Jawab :
Peluang kebusukan 10-3; artinye N = 10-3.Untuk spora A :
Dt
-N0logNlog
0NN
logD-t
menit12.72(8.477)1.5t
1010x3
log1.5t 3-
5
Untuk spora B :
menit7.92(9.903)0.8t
1010x8
log0.8t 3-
6
Jadi, untuk mendapatkan peluang kebusukan sebesar 10-3, maka pemanasan 121.1oC harus dilakukan selama 12.72 menit.
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
T1
Kurva Kematian Termal pada Suhu Konstant, T1
Bagaimana jika suhu pemanasan pada T2 >T1???
T2>T1
D1
D1
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Semakin tinggi T .......> semakin kecil nilai DD=f(T)
KINETIKA
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
10
KINETIKA ............>D = f(T)
Nilai Z adalah perubahan suhu (T) yang diperlukan untuk mengubah nilai D sebesar 1 siklus log
Nilai Z = 18oF = ? oC
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Secara empiris:
Z
T-121.1
0 10DD
Z
T-1.121
D
Dlog
0
• Reactions that have small Z values are highly temperature dependent, whereas those with large Z values require larger changes in temperature to reduce the time.
• A Z value of 10°C is typical for a spore forming bacterium
• Heat induced chemical changes have much larger Z values than that microorganisms :
Z (°C) D121 (min)
bacteria 5-10 1-5enzymes 30-40 1-5vitamins 20-25 150-200pigments 40-70 15-50
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
KINETIKA ............>D = f(T)
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
11
Suhu (oC)
0.00001
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
10000
0 50 100 150 200
Nila
i D(m
enit
)
B A
KINETIKA ............> 2 parameter kinetika
D dan Z .................> perlu selalu diketahui dua-duanya!
Misal Mikroba A mempunyai DA,250F = 0.5 menitMikroba A mempunyai DB,250F = 1 menitApa artinya?
ZA = 10oC; ZB = 20oC
Suhu (C) DA (menit) DB (Menit)
80.1 5000 10090.1 500
121.1 0.5 1131.1 0.05141.1 0.005 0.1151.1 0.0005161.1 0.00005 0.01
111.1 5101.1 50 10
DA=DB DA<DBDA>DB
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Perhitungan kecukupan proses sterilisasi
dtD
303.2
N
dN
ND303.2
dtdN
Persamaan ini dapat dipecahkan sebagai berikut:
........................................................ Pers. 1
Integrasi persamaan tersebut dari t = 0 (N = N0) sampai t = t (N = N) adalah sbb:
t
0
t
0
N
N D
dt303.2dt
D
303.2
N
dN
0
........................................ Pers. 2
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
KECUKUPAN PROSES STERILISASI
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
12
Sisi kiri dari persamaan 2 dapat dipecahkan sebagai berikut:
atau
.................................................................. Pers. 3
t
0 Ddt
2.303-ln0N
N
t
00 D
dtNN
log
Ingat kembali D = f ( T )
Z
T-121.1
0 10DD
Jadi
t
0z
T1.121
0
010.D
dt
N
Nlog
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
KECUKUPAN PROSES STERILISASI
NILAI STERILITAS/LETALITAS PROSES
Jika; proses dilakukan pada suhu konstant (121.1oC), maka
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
KECUKUPAN PROSES STERILISASI
S = Jml penurunan desimal =
t
0z
T1.121
0 10.D
dt
N
N0log
t
0z
121.11.121
0
010.D
dt
N
NS = log
0DS t
Waktu proses padasuhu konstan 121.1oCF121.1C = Fo
D121.1 C = D0T
T
D
FAnalog : S
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
13
NILAI STERILITAS YANG UMUM DIGUNAKAN ~ Sterilitas Komersial
• Mikroorganisme kritis = Clostridium botulinum• Konsep 12 desimal (12 D) untuk C. botulinum
(Interpretasi Regulatory Agency sekarang: 12 D peluang kebusukan 10-12)
Contoh:Nilai F pada 121.1oC untuk memusnahkan 99.999% C. botulinumadalah 1.2 menit. Hitung D0.
Jawab: Pemusnahan 99.999%
500001.0
1
N
NS 0
menit.24.05
2.1
S
FD 0
0
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
KECUKUPAN PROSES STERILISASI
Process Sterilizing Values (F0) for Commercial Sterilization of Selected Canned Foods
Approximatecalculated
Product Can sizes sterilizing value, F0
Asparagus All 2-4Green beans, brine packed No. 2 3.5
No. 10 3.5Chicken, boned All 6-8Corn, whole kernel, brine packed No. 2 9
No. 10 15Cream style corn No. 2 5-6
No. 10 2.3Dog Food No. 2 12
No. 10 6Mackerel in brine 301x411 2.9-3.6Meat loaf No. 2 6Peas, brine packed No. 2 7
No. 10 11Sausage, Vienna, in brine Various 5Chili con carne Various 6
KECUKUPAN PROSES STERILISASI
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
14
PENETRASI PANAS PADA KALENG :
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Review teori pindah panas unsteady-state heat transfer
RETORT
PENETRASI PANAS = unsteady state Heat Transfer
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Bagaimana perubahan suhu pada SHP?
T = f(t,r),r=0……> TSHP=f(t)
Uap panasTR=120oC
MakanandlmkalengTSHP,initial=35oC
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
15
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Pentingnya tahanan pindah panas internal dan eksternal
= dominasi pindah panas konduksi atau konduksi?
= Bilangan Biot, NBi = hD/k
k/ DNBi =
h/ 1
PENETRASI PANAS = unsteady state Heat Transfer
ferheat transtoresistant External
ferheat transtoresistanceInternalN
Bi =
Uap panasTR=120oC
q = V Cp dT/dt = h A (TR - T)
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Tahanan internal dpt diabaikan ………….>NBi < 0.1
hAdt =
TR-TdT
CpV
t
0
ln(TR-T) T
Ti
hAdt
CpV
TR - T
TR - Ti
= e
hA CpV
- t
PENETRASI PANAS = unsteady state Heat Transfer
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
16
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Tahanan ekstrenal (permukaan) dan tahana internal tdk dpt diabaikan ………….> 0.1<NBi < 40 ………..> m=1/NBi
Tahanan eksternal (permukaan) diabaikan :………….> NBi > 40 ………..> m=1/NBi = 0
Untuk bentuk lempeng tak berbatas, silinder tak berbatas dan bola : gunakan diagram Gurnie-Lurie dan/atau diagram Heisler…………> diagram hubungan antara suhu-waktu (T-t)
Bilangan tak berdimensi : Bil Fourier (NFo)
==D
t
DC
ktN
22p
Fo
D = characteristic dimensionDsphere = radiusDinf cylinder = radiusDinf slab = half thickness
PENETRASI PANAS = unsteady state Heat Transfer
Prosedur pengunaan diagram T-t
1. Untuk silinder tak berbatas
-
R
Jika ingin mengetahui suhu pusat (sumbu) silinder setelah pemanasan selama ta. hitung NFo, gunakan R sebagai Db. hitung NBi, gunakan R sebagai D ………> hitung 1/NBi=m=k/hDc. gunakan diagran untuk silinder tak berbatas,
dari NFo dan NBi cari ratio T
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
PENETRASI PANAS = unsteady state Heat Transfer
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
17
1/Nbi = m
NFo
Diagram T-t yang menunjukkan hubungan antara suhu di sumbu silinder dan NFo
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
1. menentukan suhu setelah pemanasan/pendnginan
• cari nilai NFo=t/2
• cari nilai Nbi dan m=1/Nbi
• tentukan posisi dimana suhu ingin diketahui, n = x/
• cari ratio suhu
Persamaan penetrasi panas :
Diagram Gurnie-Lurie:
T-Tm TP-TR=
Ti-Tm Ti-TR
= exp -(t/L2)
TR-TP
TR-Ti
= exp -(/L2)t
Log(TR-TP)=Log(TR-Ti)- tL2(2,303)
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
18
PENETRASI PANAS
•Prosedur venting• Come up time
TR = f(t)
Pemanasan kaleng dalam retort
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Tp diukur pada titik terdingin pada kaleng :- posisi SHP/CP
PENETRASI PANAS
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
19
PENETRASI PANAS• Tipikal kurva penetrasi
panas untuk makanan kaleng dan perubahan suhu retort (TR) selama proses seterilisasi
• Suhu retort di”set” pada 250oF
ven
tin
g
CUT
Waktu Proses (Pt)
Pendi-nginan
• Untuk mencapai TR : CUT
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Tipikal data penetrasi panas : hubungan antara suhu produk (SHP) dan waktu pemanasan
1992Thermal Process Calculation. Handbook of Food Eng.
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
20
t
0z
T1.121
0
010.D
dt
N
Nlog
PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI
1. Metoda Umum (grafik)
t
0z
T1.121
10
dt
N
N0Dolog
• Waktu proses yang harus dicapai untuk memperoleh tingkat sterilitas S
• Nilai F0
• Ditentukan sebelum proses (by design)
• Perlakuan pemanasan harus cukup
• integrasi dari awal pemanasan sampai pendinginan harus memberikan nilai F yang dikehendaki
• T=f(t)
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI
1. Metoda Umum
t
0z
T1.121
10
dt
N
NoF0 = Do log
F0 = Do log t
0(LR)dt
N
N0
z121.1-T(t)
zT(t)-121.1 10
10
1LVLR
Apa itu LR??Pada T=121.1oC ……………….> LR=1Pada T>121.1oC ……………….> LR>1Pada T<121.1oC ……………….> LR<1
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
21
PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
z121.1-T(t)
zT(t)-121.1 10
10
1LVLR
T(oC) T(oF) LR(z=10oC)
90 194 0,00077624795 203 0,002454709100 212 0,007762471105 221 0,024547089110 230 0,077624712115 239 0,245470892120 248 0,776247117121,1 250 1,000000000125 257 2,454708916129 264 6,165950019
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Waktu
LR
0
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Waktu
Su
hut, min T(oC)
0 121,11 121,12 121,13 121,14 121,15 121,16 121,17 121,18 121,19 121,110 121,111 121,112 121,1
LR(z=10oC)
1,01,01,01,01,01,01,01,01,01,01,01,01,0
PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASIPemanasan pada suhu konstant,121,1oC
1 unit sterilisasi12 unit sterilisasi
F0=12
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
22
PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI
t, min T(oC) LR(z=10oC)
0 100 0,0077624711 100 0,0077624712 100 0,0077624713 100 0,0077624714 100 0,0077624715 100 0,0077624716 100 0,0077624717 100 0,0077624718 100 0,0077624719 100 0,00776247110 100 0,00776247111 100 0,00776247112 100 0,007762471
0,0000
0,0020
0,0040
0,0060
0,0080
0,0100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Waktu
LR
Pemanasan pada suhu konstant,100oC
Total sterilitas = 0.007762x12 unit= 0.10091 unit
hanya 0.00776 x pengaruh letal pada 121.1oC
Total letalitas = F0 =??
F0 = Do log t
0(LR)dt
NN0
F0 = LR.t
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
PERHITUNGAN KECUKUPAN PROSES STERILISASI
Diketahui : Mikroba A; D0 = 0,21 menitdikehendaki proses 1 D
Pemanasan pada suhu 121.1oC ………> 12(0,21)=2.52 menit Pemanasan pada suhu 100oC
………> 1/LR100C x 2.52 min = 1/0.00776 x 2.52=324.7 min (5.4 jam)Pemanasan pada suhu 129oC
………> 1/LR129C x 2.52 min = 1/6,166 x 2.52=0.408 min (24.5 detik)Pemanasan pada suhu 50oC
………> 1/LR50C x 2.52 min = 1/0. 000000078 x 2.52= 32307692.31 menit= 747.8 bulan????!!!!
Pada prakteknya :- efek letal panas, umumnya mulai dianggap nyata setelah T>90oC
Teixeira (1992) : no appreciable lethality at T < 210oF(99oC)- suhu produk selama pemanasan tidak konstant …….> T=f(t)- Pemanasan produk dilakukan dalam retort …….> umum!- suhu produk diukur pada SHP/CP
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
23
0
20
40
60
80
100
120
140
0 4 8 12 16 20 24
waktu
Su
hu
(C
)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0 4 8 12 16 20 24
WaktuL
R
t, min T(oC) LR(z=10oC)
0 90 0,0007762474 105 0,0245470898 120 0,77624711712 121 0,97723722116 100 0,00776247120 70 0,00000776224 60 0,000000776
F0 = Do log t
0(LR)dt
N
N0
Fo = luas area dibawah kurva hubungan antara LR dan t
Fo = jumlah area trapesium
Luas trapesium t2
LR2LR1
3.5068)(122
0.9770.776A
Misal :
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
24
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
T-Tm TP-TR=
Ti-Tm Ti-TR
= exp -(t/L2)
TR-TP
TR-Ti
= exp -(k)t
Log(TR-TP)=Log(TR-Ti)- t(2,303)
k
TR-Tp
t1
10
100
10002. Metoda Formula
T - TR
Ti - TR
= e
hA
CpV- t
= e-kt
Persamaan perubahan suhu selama proses pemanasan :
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
25
1. menentukan suhu setelah pemanasan/pendnginan
• cari nilai NFo=t/2
• cari nilai Nbi dan m=1/Nbi
• tentukan posisi dimana suhu ingin diketahui, n = x/
• cari ratio suhu
Persamaan penetrasi panas :
Diagram Gurnie-Lurie:
T-Tm TP-TR=
Ti-Tm Ti-TR
= exp -(t/L2)
TR-TP
TR-Ti
= exp -(/L2)t
Log(TR-TP)=Log(TR-Ti)- tL2(2,303)
Contoh :waktu suhu TR-T
0 25 905 25,6 89,4
10 28,1 86,915 32,8 82,220 39,6 75,425 48,7 66,330 58,1 56,935 67,7 47,340 75,9 39,145 82,9 32,150 88,8 26,255 93,8 21,260 97,8 17,2
65 101,2 13,870 103,6 11,475 105,4 9,680 107,1 7,985 108,2 6,890 109,2 5,895 109,9 5,1
100 110,6 4,4105 111,1 3,9110 111,4 3,6115 111,7 3,3120 112 3125 112,2 2,8
1
10
100
1000
0 50 100 150
waktu
TR
-T(T
R=
115C
)
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
26
10
100
1000
1
050100150
waktuT
R-T
(TR
=115C
)
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
1
10
100
1000
0 50 100 150
waktu
TR
-T(T
R=
115C
)
Putar 180o
METODE FORMULA : Plot Data Penetrasi panasuntuk suhu retort (Tr)= 250oF
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
JikaTr-T = 1 ……> maka T = 249Tr-T = 5 ……> maka T = 245dst
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
27
j
fh= waktu dalam menit yang dibutuhkan oleh kurva pemanasan untuk melewati 1 siklus log
Tipikal plot data penetrasi panas : pemanasan
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
CUT : come up time yaitu waktu dari mulai uap dinyalakan sampairetort mencapai suhu proses.
Pt : waktu proses yang dihitung oleh operator retort (operator processing time), dihitung sejak termometer utamamenunjukkan suhu retort yang dikehendaki sampai mulaiproses pendinginan)
B : waktu proses Ball; B = Pt + 0.42 CUTTR : suhu retort yang di “set” dan dipertahankan pada saat proses
termalfh : waktu dalam menit yang dibutuhkan kurva pemanasan untuk
melewati satu siklusj : faktor “lag”, sebelum kurva pemanasan menjadi lurus, atau j =
jI/IjI : Perbedaan suhu retort (TR) dan suhu awal semu diambil pada
titik potong kurva pemanasan dengan waktu 0 menit yang sebenarnya (waktu 0 menit ini besarnya sama dengan 0.58 x CUT)
Istilah/notasi pada proses termal :
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
28
g : perbedaan suhu retort dengan produk di dalam kaleng pada akhirproses termal
Ti : suhu awal produ
I : perbedaan suhu retort dengan suhu awal produk (TR-Ti)
F0 : Dosis panas yang diterima oleh produk; dinyatakan sebagaiekivalen lama pemanasan (menit) pada suhu konstan 250oF
Fi : Lama pemanasan pada suhu TR yang memberikan dosis panasekivalen dengan pemanasan selama 1 menit pada suhu 250oF ………> Fi = 10(250-TR)/z
U : Waktu pada TR ekivalen dengan F0………> U = FiF0
Istilah/notasi pada proses termal :
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Formula Ball :
B = fh (log jI - log g)
B = waktu proses (menit) jika suhu retort langsung mencapai TR (waktu proses jika CUT = 0)
I = ?= TR-Ti= 250-150=100oF
jI = ?= 135oF
fh = ?= 51 menit
g = ?= lihat kurva!!!
CONTOH
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
29
Penentuan nilai g???
g : unaccomplished temperature difference at the end of a specified heating time(TR-TPe), dimana Tpe = suhu di akhir proses
Kita ingin menentukan waktu proses……….> tidak diketahui Tpe
g = f(D, Z, F0, fh dan TR)
Secara perhitungan + empiris ………..> nilai g telah ditabulasikan (Tabel + Diagram :hubungan fh/U dan log g, pada berbagai nilai z, jc)
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Penentuan nilai g?
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
30
Penentuan nilai g?
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Penentuan nilai g?
jc
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
31
Penentuan nilai g???
INTRODUCTION TO PROCESS CALCULATIONS
Penentuan jc
• Lakukan plot penetrasi panas selama pendinginan
• kertas grafik tetap normal (tidak dibalik)
• nilai di paling bawah = 1o
diatas suhu air pendingin
• jc = (Tpic-Tw)/(Tic-Tw)
• nilai jc > j = jh
• jika kurva pendinginan tidak dipunyai :
dapat digunakan j(safety approach)
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
32
Suppose that for processing a particular product, the following heat penetration data are given:
TR = 250oFTI = 170oFj = jh = 2jc = 1.4fh = 25 min
What process time (B) will be required to achieve a specified sterilizing value F0 = 5.6 assuming that Z = 14oF?
EXAMPLE
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
SOLUTION:
TR = 250oF = reference temperature ………….> Fi = 1
U = Fo = 5.6
Referring to the Ball formula, we have
B = fh (log jhI - log g)I = (TR - TI) = (250 - 170) = 80jhI = 2.00 x 80 = 160log jhI = 2.778
Find log g from the fh/U versus log g graph for Z = 14.
4.465.625
Ufh
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
33
jc =1.4?
Lihat antara
jc= 1.2 dan jc=1.6, untuk fh/U =4.46….> log g = 0.625; 4.46
0.625
B=?= fh(log jI - log g) = 25(2.778 - 0.625) = 25(2.153) = 54 min
Penentuan nilai g?
phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
RangkumanINTRODUCTION TO PROCESS CALCULATIONS
Dari kurva penetrasi panas :
- Tentukan fh
- Buat garis vertikal di t=0.6 CUT- Tentukan jI (baca di sumbu kanan Y)- (hitung/tentukan j
j = jI/I I = RT - IT
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
34
RangkumanINTRODUCTION TO PROCESS CALCULATIONS
Dari kurva penetrasi panas :
- Tentukan fh
- Buat garis vertikal di t=0.6 CUT- Tentukan jI (baca di sumbu kanan Y)- (hitung/tentukan j
j = jI/I I = RT - IT
Menentukan nilai Fo; jika diketahui B
........hitung log g = log jI – (B/fh)
...... .dengan diketahui log g cari fh/U
...... .hitung Fi = 10(250-TR)/z
Fo = fh/[(fh/U)Fi]
Kasus 1
RangkumanINTRODUCTION TO PROCESS CALCULATIONS
Dari kurva penetrasi panas :
- Tentukan fh
- Buat garis vertikal di t=0.6 CUT- Tentukan jI (baca di sumbu kanan Y)- (hitung/tentukan j
j = jI/I I = RT - IT
Menentukan nilai B; jika dikehendaki nilai Fo
...... .hitung Fi = 10(250-TR)/z
....... hitung fh/U = fh/(Fo*Fi)
...... .dengan diketahui fh/U cari log g
B= fh(log jI – log g)
Kasus 2
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
35
Dipengaruhi oleh: • Karakteristik fluida (Newtonian/non-
Newtonian)• Ada tidaknya particulate• Karakteristik aliran fluida dalam pipa:
• Dimensi pipa (diameter, panjang pipa)• Densitas fluida• Viskositas• Kecepatan aliran fluida dalam pipa
KECUKUPAN PROSES PANAS DALAM SISTEM ASEPTIK
Uap panas
SUMBERUAP
PANAS
SUMBERAIR
DINGIN
1
2
3
4
5
6
a
a
b
b
BA
C
Pasteurisasi Kontinyu untuk produk cair sebelum dikemas
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
36
PROFIL LAJU ALIRAN SHP: COLDEST POINT
ALIRAN LAMINAR, Re < 2100
Vmax = 2
ALIRAN TURBULEN, Re < 4000
Vmax = F (Re)
0.662(Re)log036.0V
V
max
82.0~V
v10000,Remax
v
NEWTONIAN ?
PROFIL LAJU ALIRAN SHP: COLDEST POINT
Non-NEWTONIAN ?
n3nn2n
G 2n31
n
K
vDRe
drdV
K
Generalized Re
Untuk aliran laminar:
n31
n1
V
v
max
n31
n1V vmax
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
37
FDA: Perhitungan Proses Termal; letalitashanya didasarkan pada pemanasan pada Holding Tube
Sumber Air Dingin
Produk
Mentah
Produk Steril
Holding Tube
SSHE
SSHE
Sumber Uap Panas
Positive Displ. Pump
Tho
v2
L
10
1
10
tF
Z
T250
Z
T250
min
hoho
Tho = Suhu pada Holding Tube (diukur pada “outlet”)L = Panjang Holding Tube
LETALITAS
Proses Panas
11/10/2015
Purwiyatno Hariyadi/ITP/Fateta, IPB phariyadi.staff.ipb.ac.id/teaching
38
LETALITAS - ILUSTRASI
140oC
0 40 50 75Waktu (detik)
Diketahui: D121.1 = 1 menitZ = 10oC
Cek: Apakah kondisi sterisasi komersial telah tercapai? (Proses 12 D)
ZT1.121
10
tF
ho
min
menit12.9dt2.776
10140-121.1
10
dt10F
Proses 12 D Fo = 12 D121.1
F0 = 12 menit
Sterilisasi komersial telah tercapai
LETALITAS - ILUSTRASI